فئات حساسات الرطوبة
تتنوع فئات حساسات الرطوبة من حيث الحجم والوظيفة، حيث تتوفر بعض النماذج في الأجهزة المحمولة والهواتف الذكية، بينما يُدمج بعضها الآخر في أنظمة أكبر كأنظمة مراقبة جودة الهواء. وفيما يلي أبرز فئات حساسات الرطوبة بناءً على طريقة قياس الرطوبة:
- حساسات الرطوبة النسبية (RH): تعتمد هذه الآلية على معرفة الرطوبة في درجات حرارة مختلفة، ثم مقارنة القراءات عند درجة حرارة معينة بين الرطوبة الحالية والحد الأقصى للرطوبة، مما يستلزم قياس درجة الحرارة لتحديد الرطوبة النسبية. غالباً ما تحتوي على مستشعر مع ثرموستات لقياس درجات الحرارة.
- حساسات الرطوبة المطلقة (AH): تُقاس فيها الرطوبة بشكل مستقل دون الحاجة لتسجيل درجات الحرارة.
ومن الأنواع الفرعية التي تدعم هذه الفئات نجد ما يلي:
- حساسات الرطوبة النسبية السعوية: تعتمد هذه على تحقيق قراءة السعة الكهربائية باستخدام قطبين كهربائيين. تتغير سعة المعدن مع تغيّر الرطوبة، حيث تزداد السعة بزيادة الرطوبة مما يمكن الجهاز من حساب قيمة الرطوبة النسبية من خلال قياس السماحية الكهربائية للمادة العازلة.
- حساسات الرطوبة النسبية المقاومة: تعمل هذه الحساسات باستخدام أداة صغيرة مصنوعة من البوليمر تشبه المشط، حيث يتغير حجمها بناءً على نسبة الرطوبة. يؤثر هذا التغيير على قدرة النظام في تخزين الشحنات الكهربائية، ومع اختلاف الرطوبة تتغير مقاومة الأقطاب الكهربائية، ويستخدم الجهاز مواد ذات مقاومة منخفضة لتفادي التغيرات في قيم الرطوبة.
- حساسات الرطوبة الحرارية: تستخدم مجسين لقياس الرطوبة المطلقة، حيث يقيس أحدهما كمية النيتروجين في الجو، بينما يقيس الآخر الهواء المحيط، ثم يرسل إشارة بالقيمة المطلقة للرطوبة.
أدوار حساسات الرطوبة
يرتبط مصطلح الرطوبة بنسبة الماء في الهواء؛ حيث تؤثر هذه النسبة على صحة الإنسان وراحته، بالإضافة إلى تأثيرها على عدة قطاعات صناعية وبيئية والعديد من العمليات الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية. بالتالي، فإن وظيفة مستشعر الرطوبة تتمثل في اكتشاف التغيرات التي تؤثر على التيارات الكهربائية ودرجات الحرارة في الهواء. يتم قياس مستوى الرطوبة باستخدام عدد من المصطلحات العلمية المعتمدة لدى الخبراء مثل الرطوبة المطلقة، الرطوبة النسبية ونقطة الندى.
في الآونة الأخيرة، حظيت هذه الحساسات باهتمام كبير، إلى جانب مستشعرات الحرارة، نظرًا لفائدتها في المراقبة المستمرة للبيئة المحيطة أو لموقع معين أو لجسم محدد.
يُعتبر مراقبة مستوى الرطوبة في الجلد مثالاً جيداً، حيث يوفر معلومات حول الحالة الفسيولوجية للفرد أثناء الأنشطة اليومية أو أثناء العمل. كما يلعب دورًا في دراسة آليات نمو الجلد وإصلاحه وشيخوخته، بالإضافة إلى فعالية مستحضرات التجميل ومدة التئام الجروح، مما يجعل الرطوبة أحد المعالم الفسيولوجية الأساسية لمراقبة الأنشطة البشرية.
استخدامات حساسات الرطوبة
إليك أبرز استخدامات حساسات الرطوبة:
- تستخدم في قياس واستشعار الرطوبة في التطبيقات التجارية والصناعية والستهلاكية، إضافة لورش الإنتاج، مما يسهل التحكم في العمليات.
- أنظمة تكييف الهواء والتبريد والتدفئة، لدورها المهم في الحفاظ على ظروف مناخية ملائمة وكفاءة الطاقة.
- التطبيقات الطبية والمستشفيات، مثل الحاضنات وأجنحة العناية المركزة للأطفال حديثي الولادة.
- محطات الطقس الأرضية التي تسجل الظروف البيئية وتنبئ المواطنين بحالة الطقس.
- تُستخدم في صناعة السيارات للتحكم في تهوية المقصورة الداخلية والحفاظ على الزجاج الأمامي خاليًا من الضباب لضمان جودة القيادة.
- قياس مستويات الرطوبة في معالجة الأغذية لضمان سلامتها، مثل المخبوزات والمعكرونة وغيرها من المنتجات الغذائية.
- مراقبة عمليات صناعة أشباه الموصلات التي تتطلب شروطاً مناخية مثالية لضمان جودة الدوائر المتكاملة.
تعريف حساسات الرطوبة
حساس الرطوبة هو جهاز إلكتروني يُستخدم لقياس مستويات الرطوبة في البيئة المحيطة. يُحوّل النتائج التي يجمعها إلى إشارات كهربائية تُنقل للكمبيوتر أو للجهاز المتصل به مثل الهواتف المحمولة أو أنظمة مراقبة جودة الهواء. تختلف الحساسات من حيث الحجم والوظيفة، وتمتاز بأنها ذات تكلفة منخفضة وحساسية عالية. يجب عند اختيار النوع المراد استخدامه في المنزل أو المكتب الاعتماد على المواصفات الصحيحة لتحقيق دقة عالية، حيث يعتمد قياسه على نسبة بخار الماء في الهواء.
تهدف الشركات حالياً إلى تطوير أجهزة تقيس جميع أنواع الرطوبة، مثل نقطة الندى والرطوبة المطلقة، من خلال دمج القياسات للرطوبة النسبية ودرجات الحرارة. تصنع هذه المستشعرات من مواد مثل أكسيد المعادن والبوليمرات والكربون، لكونها منخفضة التكلفة وتستجيب بسرعة، على عكس المستشعرات التي تعتمد على أكسيد الفلز الذي قد يتحلل في البيئات الرطبة. ومع ذلك، تفتقر البوليمرات للاستقرار في البيئات ذات الرطوبة العالية وقد تكون استجابتها بطيئة، بالإضافة إلى الحاجة لدرجات حرارة تشغيل مرتفعة جدًا.
معايير جودة حساسات الرطوبة
فيما يلي المعايير التي تحدد جودة حساسات الرطوبة:
الدقة
يجب أن تصنف وفق منحنى معايرة يعتمد على نظام من تسع نقاط.
الخطية
تعبر عن انحراف الجهد عن “أفضل خط مستقيم مناسب” (BFSL) وتحويل القيمة الناتجة إلى رطوبة نسبية.
الموثوقية
يجب أن يقدم المستشعر قياسات دقيقة وموثوقة.
التكرار
يجب أن تكون القياسات متكررة في منحنى واحد ولا تتعداه.
وقت الاستجابة
الوقت المطلوب لتقديم القياسات استنادًا إلى الرطوبة التي يتعرض لها المستشعر.
الخلاصة
تتنوع أنواع حساسات الرطوبة من حيث الحجم والوظيفة، وتستخدم في العديد من التطبيقات التجارية والصناعية وأنظمة التكييف والتبريد ومحطات الطقس وغيرها، وهي أجهزة إلكترونية تسهم في قياس نسب الرطوبة في الهواء. كما توجد معايير صارمة لتحديد جودة الأنواع المختلفة من حساسات الرطوبة.
